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图 4-24
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图 4-25
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时间平移对称性:系统在时间平移,即在t→t+t0变换下具有的不变性,称为时间平移对称性.由实验获得的牛顿定律和相互作用力的结构性定律都具有时间平移对称性,因为无论在什么时间进行实验,所得结论都是一样的.逻辑上考虑,相互作用力本身可以是时间平移不对称的,也可以是时间平移对称的.例如引力常量G若是随着宇宙年龄而变化,那么尽管牛顿万有引力定律仍可以具有时间平移对称性,但万有引力的强度将不具有时间平移对称性.不过,至今尚未发现相互作用的基本常量会随时间而变化.
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时间没有转动变换.上述时间平移变换中时间平移量t0可取任意值.也有些系统只对一段时间平移量的变换具有不变性,例如地球围绕太阳的运动过程,对轨道周期的时间平移量变换具有不变性.
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自然界中除了与空间、时间变换有关的对称性外,还存在着与其他变换内容相关的对称性,物理学后续课程中将会述及.
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4.2.2 对称性原理
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3.4节中已给出二体弹性正碰撞的动力学方程组为
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有意义的物理解为
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将方程组中各量的下标1和2相互置换后,所得仍是原方程组,即此方程组具有下标1和2置换对称性.很明显,它的解也具有下标1和2置换对称性.数学中方程组与它的解之间有因果关系,可见“因”中若具有某种对称性,“果”中也具有此种对称性.法国物理学家皮埃尔·居里(Pierre Curie)在1894年指出,因果间的这种对称性是普遍存在的,这就是对称性原理.
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例10 以A为半长轴、B为半短轴的椭圆中,长轴顶点处的曲率半径为,试求短轴顶点处的曲率半径ρB.
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解 曲线的代数方程与曲线的曲率半径分布间有因果关系,椭圆方程
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对于变换
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具有对称性,曲率半径分布也应具有此种变换对称性,即有
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例11 光滑水平面上有四个相同的匀质光滑小球,其中球2,3,4静置于图4-26所示位置,球1具有图示方向速度.设小球间将发生的碰撞都是弹性的,试问最后这四个球中的哪一个球将停下?
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